Wiadomości wstępne. Historia DVD-ROM. Michał Kociuba IVh Kamil Tabor IVh

Transkrypt

1 Budowa i działanie odtwarzaczy DVD. Zasada działania laserów. Rodzaje laserów i ich budowa. Konstrukcja odtwarzaczy DVD. Funkcje dodatkowe odtwarzaczy DVD. Nowe technologie DVD wysokiej rozdzielczości. Michał Kociuba IVh Kamil Tabor IVh Wiadomości wstępne DVD (Digital Video Disc - Cyfrowy Dysk Video; później Digital Versatile Disc - cyfrowy dysk ogólnego przeznaczenia) standard zapisu danych na optycznym nośniku danych, podobnym do CD-ROM (te same wymiary: 12 lub 8 cm) lecz o większej pojemności uzyskanej dzięki zwiększeniu gęstości zapisu. Płyty DVD dzielą się na przeznaczone tylko do odczytu DVD-ROM oraz umożliwiające zapis na płycie DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, DVD+R, DVD+RW, DVD+R DL. Historia DVD-ROM W 1994 r. firmy zaczęły szukać nowej technologii pozwalającej na udoskonalenie płyty kompaktowej. W tym okresie czasu powstały dwa odrębnie różne projekty. Jednemu z nich przewodniczyła Toshiba, która zaproponowała zwiększenie gęstości zapisu i wykorzystanie obu stron istniejących dysków optycznych. W ten sposób powstały płyty SD (SuperDensity). Na czele drugiej grupy stanęły dwie potęgi rynku płyt kompaktowych czyli Philips i Sony. Ich rozwiązanie zostało nazwane MMCD (MultiMedia CD) i zakładało stworzenie dwóch lub więcej warstw na jednaj stronie płyty, zaś dane miały być odczytywane przez wiązkę laserową o zmiennej długości fali. Przedstawiony stan rzeczy nie trwał jednak zbyt długo. Pod koniec 1994 r. firmy zgodziły się na połączenie swoich myśli technicznych, aby uniknąć kreowania odrębnych formatów. Początkowo obszar zastosowań dla nowego nośnika widziano w przemyśle filmowym gdyż maksymalna pojemność 17 GB pozwalała na nagranie 481 minut w formacie MPEG-2 z trzema ścieżkami audio. Szybko okazało się, że duża pojemność oferowana przez płyty DVD idealnie nadaje się także do zastosowań rynku komputerowego. Dlatego też pierwszą nazwa Digital Video Disc kojarzoną z dyskami zawierającymi jedynie filmy zastąpiono nazwą Digital Versalite Disc. Specyfikacje DVD opisują cztery podstawowe warianty optycznych nośników dyskowych o pojemnościach od 4,7 GB do ponad 17 GB dla następujących konfiguracji płyt z zapisem cyfrowym:

2 1. Dyski jednostronne o jednowarstwowe o pojemności 4,7 GB (pierwsza generacja DVD), przypominające w dużym stopniu tradycyjne dyski CD-ROM, lecz o podwyższonej szybkości transmisji. 1. Dla nośników przygotowanych przez branżę rozrywkową (filmy) szybkość transmisji wynosi 600 KB/s co odpowiada czytnikom CD-ROM x4 2. Dla aplikacji komputerowych szybkość ta przekracza 1,3 MB/s co jest porównywalne z czytnikiem CD-ROM x 10 o dwuwarstwowe przeznaczone do nośników wyposażonych w laser o dwuch różnych stopniach intensywności stopnia świecenia. Maksymalna pojemność tak upakowanej informacji wynosi 8,5 GB 2. Dyski dwustronne o jednowarstwowe, które podczas odczytywania danych znajdujących się po drugiej stronie płyty trzeba odwrócić. Łączna pojemność dwóch stron płyty jest równa 9,4 GB o dwuwarstwowe, posiadające cztery warstwy nośnika optycznego o łącznej pojemności powyżej 17 GB co wystarcza na odtwarzanie ośmiogodzinnej projekcji filmowej.

3 Budowa dysku DVD Na pierwszy rzut oka trudno odróżnić dysk DVD od klasycznego kompaktu. Jest on plastikowym krążkiem o średnicy 120 mm i grubości 1,2 mm, który podobnie jak płyta CD wymaga lasera do odczytu danych umieszczonych wzdłuż spiralnej ścieżki. Dlaczego więc na płycie DVD mieści się wielokrotnie więcej informacji? Wynika to zmiany struktury samego nośnika, której nie możemy zobaczyć gołym okiem. W odróżnieniu od płyty CD zmniejszono odległość pomiędzy ścieżkami z 1,6 µm do 0,74 µm. Zagęszczono również dane na samej ścieżce. Odległość między sąsiednimi elementami zmniejszono z 0,834 µm w CD do 0,4 µm w DVD. Parametr CD DVD Komentarz Liczba warstw 1 pojedynczy podwójny Grubość podłoża 1,2 0,6 mm Liczba podłoży/stron 1 2 Podłoża DVD są klejone Zagłębienie ścieżki mikrometrów Minimalna długość wgłębienia ,4 0,44 mikrometrów Szybkość liniowa 1,3 3,49 3,84 m/s Długość światła lasera:(nm) /650 Czerwony laser dla DVD Modulacja EFM 8 do 16 EFM to 8 do 17 Korekcja błędów CIRC RSPC Korekcja blokowa dla DVD Trzeci poziom ECC CD-ROM Nie Niepotrzebny dla DVD Subkody/Nagrania Tak Nie Niepotrzebne dla DVD

4 Budowa i zasada działania napędu DVD Napęd DVD ma za zadanie odnalezienie i odczytanie danych przechowywanych w postaci zagłębień na płycie DVD. Biorąc pod uwagę fakt, jak małe zagłębienia używane są do zapisu danych, można śmiało stwierdzić, że napęd dysków optycznych jest bardzo precyzyjnym urządzeniem. Napęd zawiera 3 zasadnicze elementy: silnik napędzający płytę - silnik ten precyzyjnie kontroluje ilość obrotów płyty w ciągu minuty, wahającą się od 200 do 500, zależnie od obszaru, z jakiego odczytywane są dane (im bliżej środka, tym płyta kręci się szybciej) laser i soczewka lasera - odpowiedzialne za odczyt danych mechanizm poruszający ramieniem lasera pozwala na podążanie lasera wzdłuż ścieżki z danymi. Silnik krokowy, użyty do napędzania ramienia umożliwia wykonywanie bardzo małych ruchów lasera. Głównym zadaniem napędu jest skupienie strumienia lasera na ścieżce danych na płycie. Wiązka lasera przechodzi przez poliwęglową warstwę płyty i odbija się od następnej, aluminiowej warstwy, po czym trafia na detektor, który wykrywa zmiany w świetle. Zagłębienia na płycie inaczej odbijają promień lasera niż płaskie powierzchnie bez zagłębień, toteż detektor może jednoznacznie stwierdzić czy na płycie w danym miejscu znajduje się zagłębienie, czy też nie. Każde zagłębienie interpretowane jest jako 1, zaś brak zagłębienia jako 0. Kolejno odczytane pity tworzą bajty danych, przekształcane w pliki lub muzykę. Technologia zapisu W zamyśle twórców format DVD powstał do cyfrowego zapisu materiałów wideo, jednak rosnące zapotrzebowanie przemysłu komputerowego na nośniki o większej pojemności sprawił, że DVD stał się formatem uniwersalnym. Dzięki wiązce światła lasera o krótszej długości fali możliwe stało się umieszczenie na płytach tej samej wielkości co CD większej ilości gęściej upakowanych ścieżek. Na płytach DVD zastosowano także dwie warstwy nałożone jedna na drugą, w których można dokonywać zapisu. Warstwa dolna jest warstwą półprzezroczystą. Wiązka lasera w zależności od długości fali i kąta nachylenia może czytać informacje zapisane na warstwie położonej niżej lub też z warstwy wyższej. Kolejną zmianą w stosunku do CD jest możliwość zastosowania krążków DVD o obustronnym zapisie. W przeciwieństwie do CD, DVD musi zawierać system plików. System plików stosowany na DVD to UDF, będący rozszerzeniem standardu ISO 9660, który używany jest do zapisu danych na CD. W konsekwencji upowszechnienia, warunki handlowe zmusiły dystrybutorów do wprowadzenia "zabezpieczenia" w postaci regionalizacji świata.

5 O tytuł następcy formatu DVD walczyły technologie HD DVD i Blu-ray, dyski optyczne o pojemności odpowiednio 15 GB na warstwę i 25 GB na warstwę. Zwycięzcą został format Blu-ray, zaś HD DVD nie przyjęło się na rynku. Techniki odczytu płyt CD i DVD Obecnie wyróżniamy trzy podstawowe techniki odczytu dysków optycznych: CLV (ang. Constant Linear Velocity) stała prędkość liniowa napęd CD-ROM obraca dysk ze zmienną prędkością, zależną od położenia głowicy optycznej, co pozwala na odczytanie danych ze stałą prędkością (ok. 1,3 metra ścieżki na sekundę). CAV (ang. Constant Angular Velocity) stała prędkość obrotowa metoda ta nie pociąga za sobą konieczności zmiany prędkości obrotowej więc ma zasadniczą wadę dane ze środka płyty czytane są dużo wolniej niż na jej zewnętrznych brzegach. PACV (ang. Partia CAV) częściowo stała prędkość obrotowa jest to połączenie dwóch poprzednich technik. Polega ona na tym, że do pewnego miejsca na dysku (zazwyczaj do około pierwszych 40% dysku) użyta jest technika CAV, następnie napęd przestawia się na stałą prędkość liniową CLV. Pojemność dysków Nośniki w zależności od typu mogą pomieścić od 4,38 gigabajtów (jednowarstwowe, jednostronne płyty, powszechnie znane jako DVD-5) do ponad 17 GB danych (płyty dwuwarstwowe, dwustronne). Najbardziej obrazowo pojemność płyt DVD przedstawia poniższa tabelka: Standard DVD5 DVD9 DVD10 DVD18 Średnica płyty 12 cm 12 cm 12 cm 12 cm Ilość stron Ilość warstw Pojemność 4,38 GiB (4,7 GB) 8,5 GB 8,75 GiB (9,4 GB) 15,90 GiB (17,08 GB) Czas trwania filmu video MPEG-2 2 godziny 4 godziny 4 godziny 7 godzin 15 minut Dodatkowo krążki -R i +R różnią się nieznacznie pojemnością (dane dla 12cm): Typ Dysku Liczba sektorów bajtów GB GiB Szybkość DVD-R SL ,7 4,384 16x DVD+R SL ,7 4,378 16x DVD-R DL ,5 7,957 8x DVD+R DL ,5 7,961 8x

6 Platformy odtwarzacza DVD Opracowując format DVD postanowiono, że będzie to format integrujący kilka dotychczasowych formatów - format, który zastąpi płytę kompaktową, płytę CD-ROM, kasetę VHS, itp. Dlatego też opracowano specyfikacje różnych urządzeń (platform) wykorzystujących płytę DVD, jako nośnik informacji. Głównymi platformami DVD są: DVD-Video: dyski zaprojektowane jako nośnik obrazu i dźwięku - odtwarzane w domowych odtwarzaczach DVD-Video. DVD-ROM: dyski zaprojektowane jako nośnik danych komputerowych oraz aplikacji wykorzystujących wysokiej jakości obraz wideo i dźwięk. DVD-R, DVD-RW, DVD-RAM: format nagrywalnych płyt DVD zaprojektowany do wykorzystania w komputerowych odtwarzaczach DVD-ROM. DVD-Audio: wysokiej jakości następca muzycznej płyty kompaktowej Funkcje odtwarzaczy DVD Odtwarzacz DVD powinien spełniać następujące zadania: odczytywać dysk DVD w formacie ISO-UDF, wersja 1.2 odczytywać i przestrzegać regionów DVD oraz wyświetlać ostrzeżenie, jeśli użytkownik nie może odtworzyć danego dysku wysyłać sygnał wideo analogowy (w formacie NTSC, PAL lub SECAM) przez połączenia Composite video, S-Video, SCART lub component video albo cyfrowy przez DVI lub HDMI. Większość odtwarzaczy DVD pozwala również na odtwarzanie CD (CDDA, MP3 itp.) oraz Video CD (VCD) i zawiera dekoder kina domowego (np. Dolby Digital, Digital Theatre System (DTS)). Niektóre nowsze modele odtwarzają również pliki wideo w formacie MPEG-4 ASP (tzw. DivXy), spopularyzowane w Internecie, a polskie odtwarzacze umożliwiają odtwarzanie ich z dopasowanymi napisami w formacie *.txt. DVD-Audio - format zapisywania muzyki na płytach DVD. Daje on możliwość zapisu sygnału monofonicznego, stereofonicznego, a także przestrzennego (5.1). Rozwiązanie to oferuje również możliwość zapisu dźwięku z różną częstotliwością próbkowania (44,1 / 48 / 88,2 / 96 / 176,4 lub 192 khz) oraz różną rozdzielczością bitową (16, 20 lub 24 bity). Ponadto istnieje możliwość ustawiania różnej częstotliwość próbkowania oraz rozdzielczość bitowa dla poszczególnych tracków na płycie oraz w obrębie poszczególnych kanałów systemu 5.1. Format DVD-A przewiduje również przenoszenie metadanych związanych z algorytmem downmixu. Obecnie format ten nie jest popularny, m.in. ze względu na wyższą cenę urządzeń potrafiących odtwarzać płyty w nim nagrane, ograniczoną dostępność muzyki w tym formacie, i w końcu niewielkie zapotrzebowanie na korzyści oferowane przez DVD-Audio. Ponadto istnieje drugi, konkurencyjny format zapisu muzyki - SACD. DVD-Video to standard definiujący zawartość dysków DVD. Standard DVD-Video definiuje następujące elementy: system plików na płycie DVD to najczęściej ISO 9660, taki sam jak na płytach CD-ROM rozmieszczenie plików na płycie, ich nazewnictwo

7 format zapisu wideo - algorytm kompresji stratnej MPEG-2 (najczęściej stosowane rozdzielczości to dla systemu PAL i dla NTSC) format zapisu dźwięku - standardowo każda ścieżka musi być zapisana w jednym z poniższych formatów: o zwykłe, nieskompresowane PCM o Dolby Digital (AC-3) o MPEG-2 audio opcjonalnie: o DTS o SDDS jak oba strumienie (tj. audio i wideo) są połączone sobą - w plikach VOB. Możliwości, jakie oferuje DVD-Video: ponad 2 godziny filmu w wysokiej jakości (maks. 8 lub do 30 godzin filmu o jakości VHS) skalowanie 4:3 i 16:9 osiem wysokiej jakości ścieżek audio, każda z maks. 8 kanałami do 32 zestawy napisów do 9 ustawień kamery do wyboru podczas odtwarzania menu startowe i możliwość tworzenia prostych programów interaktywnych (gry itd.) brak konieczności przewijania, bezpośredni dostęp do wybranego momentu filmu poprzez sceny (ang. chapters), tytuły (ang. titles) oraz podanie dokładnej lokalizacji (godziny/minuty/sekundy) Nowe technologie DVD wysokiej rozdzielczości - HD DVD HD DVD (z ang. High Definition DVD) format zapisu optycznego danych, opracowany przez firmy Toshiba, NEC i Memory-Tech zrzeszone w organizację AOSRA. Podobny do płyt DVD, jednak znacznie bardziej pojemny, gdyż dzięki zastosowaniu niebieskiego lasera udało się znacznie zwiększyć gęstość upakowania danych. Dane techniczne Średnica: 120 mm Grubość: 1,2 mm Pojemność nośników HD DVD: HD DVD-ROM (tylko do odczytu): 15 GB (jednostronny jednowarstwowy) 30 GB (jednostronny dwuwarstwowy) 30 GB (dwustronny jednowarstwowy) 51 GB (jednostronny trójwarstwowy) (zatwierdzony we wrześniu 2007) 60 GB (dwustronny dwuwarstwowy) (zatwierdzony we wrześniu 2007) HD DVD-R (jednokrotny zapis): 15 GB (jednostronny jednowarstwowy) 30 GB (dwustronny jednowarstwowy)

8 Opis HD DVD-RW (HD DVD-ReWritable, wielokrotny zapis): 20 GB (jednostronny jednowarstwowy) 32 GB (jednostronny dwuwarstwowy) 40 GB (dwustronny jednowarstwowy) Długość fali światła lasera: 405 nm Odległość między ścieżkami: 0,24 μm Minimalna długość pitu: 0,34 μm Podczas gdy czytniki DVD korzystają z czerwonego lasera, w napędach HD DVD laser ma kolor niebieski. Podstawową różnicą pomiędzy tymi laserami jest długość fali czerwony ma 650 nanometrów, podczas gdy niebieski tylko 405 nm. Pozwala to na zmniejszenie rozmiaru pitów, a co za tym idzie daje to możliwość gęstszego zapisywania danych na nośniku. Wojna formatów Nośnik HD DVD był konkurencją dla Blu-raya. Pomimo gorszych parametrów posiadał pewną zaletę pierwsza warstwa nośnika mogła być identyczna z warstwą standardowej płyty DVD. Zapewniało to kompatybilność z odtwarzaczem DVD na poziomie pierwszej warstwy. HD DVD był dzięki temu dobrym nośnikiem do dystrybucji filmów. Na warstwie o pojemności 15 GB można było zapisać film w rozdzielczości HDTV, a na warstwie o pojemności 4,7 GB ten sam film w gorszej jakości. Film mogli obejrzeć zarówno posiadacze nowych odtwarzaczy HD DVD jak i starszych DVD, tylko że z różną jakością. Najnowszy system operacyjny Microsoft Windows Vista obsługuje technologię pamięci masowej HD DVD. Niekorzystne dla HD DVD było jednak to, że największa amerykańska wytwórnia filmów Warner Bros w styczniu 2008 na targach w Las Vegas poparła konkurencyjny standard Blu-ray. 16 lutego 2008, NHK i Reuters podały, że Toshiba planuje wstrzymanie produkcji HD DVD. Firma będzie w dalszym ciągu sprzedawać urządzenia ale nie będzie inwestować w projektowanie ich nowych modeli. 19 lutego 2008 prezes firmy Toshiba, Atsutoshi Nishida, ogłosił podczas konferencji prasowej w Tokio oficjalną decyzję swojej firmy o wycofaniu się z wszelkich prac związanych z technologią HD DVD. [2] Tego samego dnia po ogłoszeniu zaprzestania prac nad HD DVD, wytwórnia filmowa Universal Studios ogłosiła przejście na format BD. Oczekuje się, że pozostałe w obozie HD DVD studia filmowe (Paramount Pictures, DreamWorks i The Weinstein Company) ogłoszą wkrótce wsparcie dla konkurencyjnego formatu Blu-ray i porzucą HD DVD. Może to oznaczać rychłe zakończenie produkcji zarówno sprzętu (odtwarzacze), jak i filmów w formacie HD DVD. Wygrana formatu Blu-ray oznacza koniec produkcji odtwarzaczy dwusystemowych. Podobnie Microsoft zrezygnował ze wsparcia formatu HD DVD przez zaprzestanie produkcji czytników do konsoli Xbox 360. Oznacza to definitywną przegraną formatu na rzecz konkurencyjnego Blu-ray.

9 Załączniki

10